DE2141845B2 - Device for the ultrasonic examination of elongated cylindrical workpieces - Google Patents

Device for the ultrasonic examination of elongated cylindrical workpieces

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    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/26Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor

Description

3030th

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ultraschall-Untersuchung von länglichen zylindrischen Werkstücken, mit einem Führungsrohr zum Aufnehmen und Führen des Werkstücks, mit einem an das Führungsrohr angesetzten drehbaren Kopf, der eine das Führungsrohr durchquerende, flüssigkeitsgefüllte Reflexionskammer sowie eine Anzahl von mit ihrer Halterungsvorrichtung herausnehmbaren Ultraschall-Wandlern umfaßt.The invention relates to a device for ultrasound examination of elongated cylindrical workpieces, with a guide tube for receiving and guiding the workpiece, with a Rotatable head attached to the guide tube, which has a liquid-filled head that traverses the guide tube Reflection chamber and a number of removable ultrasonic transducers with their mounting device includes.

Bei einer bekannten derartigen Vorrichtung sind mehrere piezoelektrische Wandler in den drehbaren Kopf eingesetzt, und zwar durch radiale Bohrungen derart, daß die aktiven Flächen der Wandler quer zu den Radien durch das Führungsrohr liegen. Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß die die elektrischen Wandler aufweisenden Einsätze verhältnismäßig umständlich austauschbar und einstellbar sind.In a known device of this type, a plurality of piezoelectric transducers are in the rotatable Head inserted, through radial bores such that the active surfaces of the transducer transversely to the radii through the guide tube. This known device has the disadvantage that the electrical Converter having inserts are relatively cumbersome replaceable and adjustable.

Es ist auch bereits eine Untersuchungsvorrichtung bekannt, bei der ringförmige akustische Wandler in einer feststehenden Kammer angeordnet sind und mit einem Drehspiegel zusammenwirken. Dieser Drehspiegel bildet das einzige rotierende Teil. Dadurch, daß er nur einen begrenzten Winkelbereich radial in Richtung auf das zu untersuchende Rohr erfaßt, lassen sich die Werkstücke kreisförmig mittels des Ultraschallstrahls abtasten. Der Nachteil dieser Konstruktion besteht darin, daß durch die Verwendung ringförmiger Wandler, deren gesamte Oberfläche gleichzeitig aktiv ist, nur ein kleiner Teil der Ultraschallslrahlung für die eigentliche Messung ausgenutzt wird und daß die nicht ausgenutzten Strahlen in dem Gehäuse vagabundieren und zu Streustrahlungen Anlaß geben, welche das Meßergebnis stören können.An examination device is also already known in which ring-shaped acoustic transducers in are arranged in a fixed chamber and cooperate with a rotating mirror. This rotating mirror forms the only rotating part. Because it has only a limited angular range radially in the direction detected on the pipe to be examined, the workpieces can be circular by means of the ultrasonic beam scan. The disadvantage of this construction is that by using ring-shaped transducers, whose entire surface is active at the same time, only a small part of the ultrasound radiation for the actual Measurement is exploited and that the unused rays stray in the housing and give rise to scattered radiation, which can interfere with the measurement result.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher der drehbare Sondenkopf ein möglichst kleines Trägheitsmoment besitzt und bei welcher ferner die Ultraschallsonden leicht austauschbar sind, wobei insbesondere zur Untersuchung bestimmter Fehlerarten ein rascher Austausch und eine rasche Einstellung der Ultraschallsonden zur Beschallung unter einem günstigen Neigungswinkel der Ultraschallstrahlen gegenüber dem Werkstück erreicht werden soll.The invention is based on the object of creating a device of the type mentioned at the beginning which the rotatable probe head has the smallest possible moment of inertia and which also has the ultrasonic probes are easily interchangeable, in particular for examining certain types of errors rapid exchange and adjustment of the ultrasonic probes for sonication at a favorable angle of inclination of the ultrasonic beams the workpiece is to be achieved.

Die Lösung ist darin zu sehen, daß die mit ihrer Halterungsvorrichtung herausnehmbaren Ultraschall-Wandler von einem einzigen herausnehmbaren Einsatz getragen werden, daß der drehbare Kopf einen weiteren vom ersten Einsatz unabhängigen Einsatz aufweist, der eine der Anzahl der Ultraschall-Wandler entsprechende Anzahl akustischer Spiegel trägt, die dem jeweiligen zugeordneten Ultraschali-Wandler auf einer parallel zur Achse des Führungsrohres liegenden Geraden gegenüberliegen, die eine einen vorgegebenen Winkel zu dieser Geraden aufweisende Schrägfläche besitzen und die mit einer Einstellvorrichtung um diese Gerade verdrehbar sind.The solution is to be seen in the fact that with its mounting device removable ultrasonic transducers can be carried by a single removable insert that the rotatable head has another has an insert that is independent of the first use and that corresponds to the number of ultrasonic transducers Number of acoustic mirrors wears the respective associated ultrasonic transducer on one opposite straight lines lying parallel to the axis of the guide tube, which have a predetermined one Have angle to this straight line having inclined surface and with an adjusting device around this Are straight rotatable.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispie) näher erläutert.The invention is more schematically illustrated below with reference to hand Drawings on an exemplary embodiment) explained.

F i g. 1 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung nach der Erfindung;F i g. Figure 1 is a side view, partially in section, of one embodiment of an apparatus according to the invention;

F i g. 2 ist ein Axialschnitt eines Teiles eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung nach der Erfind-ing;F i g. Figure 2 is an axial section of part of an embodiment the device according to the invention;

Fig.3 ist ein Querschnitt längs der Linie II1-1I1 von F i g. 2.FIG. 3 is a cross section taken along line II1-1I1 of FIG F i g. 2.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt im wesentlichen einen Aufnahmering 1, der auf einem Fuß 2 aufgebaut ist und in dessen Inneren eine Schiene 4 auf Säulen 3 abgestützt ist. Die Schiene 4 trägt die wesentlichen Teile der Vorrichtung, nämlich links einen Sockel 5, welcher wiederum zwei Stützsäulen 8 trägt, die mittels Schrauben 9 befestigt sind (nicht dargestellt), und rechts einen Träger 6 für Ringe sowie eine Stütze 7 für einen Flüssigkeitsumlenkmantel 10. Die Stützsäulen 8 sind ausgefüllt zwecks Aufnahme von Einsatzringen Wa, Wb, wobei der Einsatzring 11a mit einem Ansatz 12 versehen ist, an dem ein Gehäuse 13 angrenzt und befestigt ist. Jede Stützsäule 8 enthält an ihrem Umfang 8a Befestigungsstücke 86, 8d und 8e, durch die Schrauben 8c gesteckt sind und zwischen denen ein Kugellager 15 mit seinem äußeren Käfigring gehalten ist, dessen innerer Käfigring an einem drehbaren Teii festsitzt, wie weiter unten noch beschrieben ist. Zwischen dem linksliegenden Kugellager, dem Ansatz 12 und dem Gehäuse 13 ist eine Ausnehmung vorgesehen, welche mit einer Druckdichtung 16a, 16b, 16c versehen ist, die im einzelnen nicht weiter beschrieben ist, da sie nicht /um Gegenstand der Erfindung gehört.The in F i g. The device shown in FIG. 1 essentially comprises a receiving ring 1 which is built up on a foot 2 and in the interior of which a rail 4 is supported on columns 3. The rail 4 carries the essential parts of the device, namely a base 5 on the left, which in turn carries two support columns 8 which are fastened by means of screws 9 (not shown), and on the right a carrier 6 for rings and a support 7 for a fluid deflection jacket 10. The support columns 8 are filled for the purpose of receiving insert rings Wa, Wb, the insert ring 11a being provided with a shoulder 12 to which a housing 13 is adjacent and fastened. Each support column 8 contains on its circumference 8a fastening pieces 86, 8d and 8e, through which screws 8c are inserted and between which a ball bearing 15 is held with its outer cage ring, the inner cage ring of which is fixed to a rotatable part, as will be described below. Between the left-hand ball bearing, the projection 12 and the housing 13, a recess is provided which is provided with a pressure seal 16a, 16b, 16c, which is not described in detail since it does not / belong to the subject of the invention.

In dem Gehäuse 13 und konzentrisch zur Achse der Vorrichtung sitzt ein Flanschrohr 18, dessen innerer Durchmesser nur etwas größer ist als der Durchmesser des zu prüfenden Werkstückes. Dieses Flanschrohr 18 bildet ein Führungsrohr und erstreckt sich nach rechts bis in die Höhe der Meßkammer, die weiter unten noch beschrieben ist. An das Gehäuse ist eine Speiseleitung 14 angeschraubt, mit der durch eine öffnung 17 Flüssigkeit auf die äußere Oberfläche des Flanschrohres 18 geleitet werden kann.In the housing 13 and concentric to the axis of the device sits a flange tube 18, the inner Diameter is only slightly larger than the diameter of the workpiece to be tested. This flange pipe 18 forms a guide tube and extends to the right up to the level of the measuring chamber, which is below is described. A feed line 14 is screwed to the housing, with which liquid is passed through an opening 17 can be passed onto the outer surface of the flange tube 18.

Rechts von der zweiten Stützsäule 8 befindet sich ein zylindrisches Hohlteil 20, welches den drehbaren Kopf der Vorrichtung bildet. Dieses zylindrische Hohlteil geht nach links in eine Hohlwelle 19 über, deren Außendurchmesser gleich dem lichten Durchmesser der inneren Käfigringe der Kugellager ist. Die Hohlwelle 19 ist mit einer Antriebsscheibe 21 verkcih, undTo the right of the second support column 8 is a cylindrical hollow part 20, which the rotatable head the device forms. This cylindrical hollow part goes to the left in a hollow shaft 19, whose The outer diameter is equal to the inside diameter of the inner cage rings of the ball bearings. The hollow shaft 19 is connected to a drive pulley 21, and

zwischen dieser Antriebsscheibe und den inneren Käfigringen der Kugellager sitzen Abstandsringe 22.Spacer rings 22 are located between this drive pulley and the inner cage rings of the ball bearings.

F i g. 2 läßt die wesentlichen Teile eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung nach der Erfindung erkennen. Das zylindrische Hohlteil 20 bildet einen am entgegengesetzt zur Hohlwelle 19 liegenden Ende offenen Kopf, dessen Innenraum zylindrisch ist und dessen an die Hohlwelle 19 angrenzender Boden mit einem als Anschlag dienenden Vorsprung 23 versehen ist. Das zylindrische Hohlteil 20 ist durch einen mittels Schrauben 25 befestigten Deckel 24 verschlossen, der in der Mitte eine Öffnung 27 aufweist, welche in einen am Deckel festsitzenden Ablenkkonus 26 übergeht. An dem Dekkel 24 ist ferner ein Führungsteil 28 befestigt, welches den gleichen inneren und äußeren Durchmesser hat wie das Flanschrohr 18 und welches mittels eines Kragens an dem Deckel 24 befestigt ist Man erkennt, daß das Führungsteil 28 genau in der Verlängerung des Flanschrohres 18 liegt, daß dieses Flanschrohr jedoch an dem Gehäuse 13 befestigt ist, während das Führungsteü 28 mit dem zylindrischen Hohlteil 20 umläuft. Der Deckel 24 weist an der dem Topf zugewandten Innenseite des Bodens Nuten zur Aufnahme von Ringdichtungen 32a, 326 auf.F i g. 2 shows the essential parts of an embodiment of the device according to the invention. The cylindrical hollow part 20 forms an open end at the opposite end to the hollow shaft 19 Head, the interior of which is cylindrical and the bottom adjoining the hollow shaft 19 with a as Stop serving projection 23 is provided. The cylindrical hollow part 20 is by means of screws 25 attached lid 24 closed, which has an opening 27 in the middle, which in a on the lid fixed deflection cone 26 passes. On the lid 24 a guide part 28 is also attached, which has the same inner and outer diameter as the flange tube 18 and which is fastened to the cover 24 by means of a collar. It can be seen that the Guide part 28 is exactly in the extension of the flange tube 18, but that this flange tube is fastened to the housing 13, while the guide part 28 rotates with the cylindrical hollow part 20. On the inside of the base facing the pot, the cover 24 has grooves for receiving ring seals 32a, 326.

Der zylindrische Innenraum des zylindrischen Hohlteiles 20 ermöglicht die Aufnahme von zwei Isolierstükken 29,30, die aneinandergrenzen und so lang sind, daß das Isolierstück 29 links an dem Vorsprung 23 anliegt, wobei eine Ringdichtung 33a dazwischengelegt ist. Das Isolierstück 29 ist mit einer inneren Ausnehmung versehen, welche mit der gegenüberliegenden Stirnfläche des Isolierstücks 30 eine Kammer 34 begrenzt, die vollkommen ringförmig sein kann oder in einer Anzahl von radialen, durch Zwischenwände getrennten Kammern unterteilt sein kann. In dem Isolierstück 29 sind Wandler 31 angeordnet, die zugleich Ultraschallsender und Ultraschallempfänger bilden und die in die Kammer 34 münden, wobei deren Längsachse 36 parallel zur Achse der Vorrichtung liegt. Gegenüber den Wandlern 31 sind in dem Isolierstück 30 Metallteile eingesetzt, welehe Spiegel 35a bilden, und diese Metallteile sind zylindrisch geformt und die Achse derselben fällt mit der Längsachse 36 zusammen. Wenn die Schrägfläche da Spiegels 35 gemäß Fig. 2 einen Winkel von 45° zur Längsachse hat, ist der von dem Spiegel reflektierte Strahl offensichtlich rechtwinklig zur Längsachse, und das Echosignal nimmt den gleichen Weg. Die Schrägfläche kann jedoch auch einen anderen Winkel zur Längsachse bilden, etwa wenn die Orientierung des Ultraschallbündels in einer Achse parallel zu der des zylindrischen Hohlteils geändert werden soll. Durch Drehen des Spiegels 35 in seinem Gehäuse kann man andererseits eine Korrektur der Strahlen in einer zur Achse normalen Ebene durchführen. Zu dem Zweck besitzt der Spiegel 35 einen hinteren zylindrischen Körper 37, welcher mit einer Feststellschraube 38 festgeklemmt ist, wobei jedoch mit einer Stellschraube 39 noch eine Regulierung mögüch ist.The cylindrical interior of the cylindrical hollow part 20 enables the accommodation of two insulating pieces 29, 30 which are adjacent to one another and are so long that the insulating piece 29 rests against the projection 23 on the left, with an annular seal 33a being placed in between. The insulating piece 29 is provided with an inner recess which, with the opposite end face of the insulating piece 30, delimits a chamber 34 which can be completely annular or can be divided into a number of radial chambers separated by partitions. In the insulating piece 29 transducers 31 are arranged, which simultaneously form an ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver and which open into the chamber 34, the longitudinal axis 36 of which is parallel to the axis of the device. Opposite the transducers 31, metal parts are used in the insulating piece 30, which form mirrors 35 a, and these metal parts are cylindrical in shape and their axis coincides with the longitudinal axis 36. When the inclined surface as the mirror 35 has shown in FIG. 2 by an angle of 45 ° to the longitudinal axis, the reflected beam from the mirror is obviously perpendicular to the longitudinal axis, and the echo signal takes the same path. The inclined surface can, however, also form a different angle to the longitudinal axis, for example if the orientation of the ultrasound beam is to be changed in an axis parallel to that of the cylindrical hollow part. On the other hand, by rotating the mirror 35 in its housing, it is possible to correct the rays in a plane normal to the axis. For this purpose, the mirror 35 has a rear cylindrical body 37 which is clamped in place with a locking screw 38, although regulation is still possible with an adjusting screw 39.

Der Vorteil, die beiden Achsen des Wandlers und des Spiegels in der Verlängerung und parallel zur Hauptachse zu legen, besteht darin, daß der maximale Durchmesser des zylindrischen Hohlteils 20 geringer gehalten werden kann, so daß das Ganze eine geringere Trägheit hat. Das Isolierstück 30 trägt außerdem eine kalibrierte öffnung 40 zum Absaugen der Flüssigkeit. Diese Öffnung fluchtet mit einer weiteren öffnung 41 in dem Deckel 24, welche in den Ablenkkonus 26 mündet. Letzterer ist konzentrisch zu einer Ausnehmung 42 des Flüssigkeitsumlenkmantels 10 angeordnet. Dieser saugt die Flüssigkeit über eine Leitung 43 an der Grundfläche gegen den Aufnahmering 1 ab.The advantage of having the two axes of the transducer and the mirror in the extension and parallel to the main axis to put is that the maximum diameter of the cylindrical hollow part 20 is kept smaller so that the whole has less inertia. The insulating piece 30 also carries a calibrated one opening 40 for sucking off the liquid. This opening is aligned with a further opening 41 in FIG the cover 24, which opens into the deflection cone 26. The latter is concentric to a recess 42 of the Liquid deflecting jacket 10 arranged. This sucks the liquid through a line 43 on the base against the mounting ring 1.

Man erkennt, daß die beiden Isolierstücke 29 und 30 leicht austauschbar sind. Wenn beispielsweise die Eigenschaften der Wandler geändert werden sollen, braucht man lediglich das Isolierstück 29 durch ein anderes zu ersetzen, wobei natürlich Steckverbindungen für die elektrischen Anschlüsse vorgesehen sein müssen. It can be seen that the two insulating pieces 29 and 30 are easily exchangeable. For example, if the Properties of the transducers are to be changed, you only need the insulating piece 29 by another to replace, with of course plug connections for the electrical connections must be provided.

F i g. 3 zeigt sechs Wandler 311, 312,313, 3K 31s und 31e. Die Anschlußleitung 43a eines Wandlers ist an eine Buchse 44 geführt, die einen Stift 46 aufnimmt. Dieser Stift ist über ein Koaxialkabel 47 mit einem der Laufringe 48 eines äußeren Kollektors verbunden. Jeder Laufring ist von dem benachbarten mittels einer elektrischen Abschirmung 49 getrennt. Auf diesen Laufringen schleifen Bürsten 50, die an Bürstenlager 51 angelenkt sind, welche nicht weiter beschrieben sind.F i g. 3 shows six transducers 311, 312, 313, 3K and 31s 31e. The connecting line 43a of a transducer is led to a socket 44 which receives a pin 46. This The pin is connected by a coaxial cable 47 to one of the races 48 of an outer collector. Everyone The raceway is separated from the adjacent one by means of an electrical shield 49. On these races grind brushes 50 which are hinged to brush bearings 51, which are not further described.

Die Austauschbarkeit der Isolierstücke 29 und 30 ermöglicht auch die vorherige Einstellung der Spiegel. Da die Reproduzierbarkeit der Einstellungen nicht immer befriedigend ist, ist es häufig erforderlich, eine Einstellung an einem Bezugsteil vorzunehmen. Hierbei genügt es, d^n die Spiegel tragenden Block einzusetzen, der im Laboratorium eingestellt worden ist. Dieser Block weist im übrigen kein schwierig zu handhabendes Bauteil auf und ist sehr preiswert.The interchangeability of the insulating pieces 29 and 30 enables also the previous setting of the mirrors. Since the reproducibility of the settings is not always is satisfactory, it is often necessary to make an adjustment on a reference part. This is sufficient it is necessary to insert the block carrying the mirrors, which is in the Laboratory has been closed. In addition, this block does not have a component that is difficult to handle on and is very inexpensive.

Der Umlauf der Flüssigkeit, etwa Wasser, erfolgt zuerst um das Flanschrohr 18. Da dieses sehr lang ist, beispielsweise die vierfache Länge der sich drehenden Führung hat, kann das Entweichen der Flüssigkeit durch die Zwischenräume gegenüber dem Werkstück sehr gering sein. Die Flüssigkeit wird längs des Führunggsteiles 28 und durch die kalibrierte öffnung 40 abgesaugt.The liquid, such as water, first circulates around the flange tube 18. Since this is very long, for example four times the length of the rotating guide, the escape of the liquid can be very small due to the gaps in relation to the workpiece. The liquid is along the guide part 28 and sucked off through the calibrated opening 40.

Wegen der Zentrifugalkraft ist die Meßkammer immer frei von Blasen und ist auch bei herausgenommenem Werkstück nicht leer. Die akustische Kupplung erfolgt augenblicklich, sobald das Werkstück in die Meßkammer eingesetzt wird.Because of the centrifugal force, the measuring chamber is always free of bubbles and is even when it is removed Workpiece not empty. The acoustic coupling takes place immediately as soon as the workpiece enters the measuring chamber is used.

Auf diese Weise können die Enden des Werkstückes in gleicher Weise kontrolliert werden wie die anderen Bereiche, was einen weiteren Vorteil bedeutet.In this way the ends of the workpiece can be controlled in the same way as the others Areas, which means another benefit.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Vorrichtung zur Ultraschall-Untersuchung von länglichen zylindrischen Werkstücken, mit einem Führungsrohr 7um Aul nehmen und Führen des Werkstücks, mit einem an das Führungsrohr angesetzten drehbaren Kopf, der eine das Führungsrohr durchquerende, flüssigkeitsgefüllte Reflexionskammer sowie eine Anzahl von mit ihrer HaUerungsvorrichtung herausnehmbaren Ultraschall-Wandlern umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die mit ihrer Halterungsvorrichtung herausnehmbaren Ultraschall-Wandler (31) von einem einzigen herausnehmbaren Einsatz (29) getragen werden, daß der drehbare Kopf einen weiteren vom ersten Einsatz (29) unabhängigen Einsatz (30) aufweist, der eine der Anzahl der Ultraschall-Wandler (31) entsprechende Anzahl akustischer Spiegel (35) trägt, die dem jeweiligen zugeordneten Ultraschall-Wandler auf einer parallel zur Achse des Führungsrohres (28) liegenden Geraden gegenüberliegen, die eine einen vorgegebenen Winkel zu dieser Geraden aufweisende Schrägfläche (35a) besitzen und die mit einer Einstellvorrichtung (37,38,39) um diese Gerade verdrehbar sind.Device for the ultrasound examination of elongated cylindrical workpieces, with take a guide tube 7um Aul and guide the workpiece, with one the guide tube attached rotatable head, the one the guide tube traversing, liquid-filled Reflection chamber and a number of removable housings with their Ultrasonic transducers, characterized in that that the removable ultrasonic transducers (31) with their mounting device from a single removable insert (29) are carried so that the rotatable head has a further insert independent of the first insert (29) (30) which has a number of acoustic transducers (31) corresponding to the number of ultrasonic transducers Mirror (35) carries the respective associated ultrasonic transducer on a parallel to the axis of the guide tube (28) lying opposite straight lines which have a predetermined one Angle to this straight line having inclined surface (35a) and with an adjusting device (37,38,39) are rotatable about this straight line.
DE19712141845 1970-08-21 1971-08-20 Device for the ultrasonic examination of elongated cylindrical workpieces Expired DE2141845C3 (en)

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